e-ISSN : 2715-5064

## RANCANG BANGUN PROTOTIPE PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA PIKOHIDRO BERBASIS KONTROL ARDUINO UNO
Givy Devira Ramady 1 , Muchamad Sobri Sungkar 2 , Andrew Ghea Mahardika 3 , Hetty Fadriani 4 , Asep Hilmi Mutaqin 5 1,5 Jurusan Teknik Elektro & Informatika, Sekolah Tinggi Teknologi Mandala, Bandung
3,4 Jurusan Teknik Sipil, Sekolah Tinggi Teknologi Mandala, Bandung
2 Jurusan Teknik Elektronika, Politeknik Harapan Bersama, Tegal
1,3,4,5 Jln. Soekarno-Hatta No 597, Kota Bandung, 40284, Indonesia
2 Jln.Mataram No 9, Kota Tegal, 52147, Indonesia email: 1 givy.d.ramady@gmail.com , 2 sobrisungkar@gmail.com , 3 andrewhinata@gmail.com , 4 hetty_hf@yahoo.com , 5 asephilmimutakin@gmail.com
Abstract Electrical energy  is a  very vital energy  and  plays an  important  role  in  the  development  of  human  technology. Almost  all  devices  in  the  world  use  electrical  energy  as  a source  of  energy.  Indonesia  is  a  country  that  has  a  large enough water energy potential of around 75,650 MW, 6%  of which  has  been  developed  in  various  forms  of  research, especially in locations outside the islands of Java and Bali in the form of utilizing river water as a Pico Hydro Power Plant (PLTPH) to meet the needs of electrical energy in remote and remote  areas.  The  design  of  this  PLTPH  prototype  aims  to analyze  the  output  voltage  generated by the generator  which is  influenced  by  the  flow  of  water  in  the  system  which  has been equipped with sensors monitoring current, voltage, rpm and  water  discharge  which  then  the  results  can  be  seen  in real time through the LCD screen. In this test, it is also known that the  water  discharge  affects the  output  voltage  produced by the generator, the greater the water discharge, the greater the output voltage.
Keywords : Electrical, Sensor, Energy, Pikohidro
Abstrak  Energi  listrik  merupakan  energi  yang  sangat  vital dan  berperan  penting  dalam  perkembangan  teknologi manusia.  Hampir  seluruh  perangkat  yang  ada  didunia  ini menggunakan  energi  listrik  sebagai  sumber  tenaganya. Negara  Indonesia  termasuk  negara  yang  memiliki  potensi energi  air  yang  cukup  besar  sekitar  75.650  MW,  6  % diantaranya  telah  dikembangkan  dalam  berbagai  bentuk penelitian  terutama  pada  lokasi  yang  berada  diluar  wilayah pulau  Jawa  dan  Bali  berupa  pemanfaatan  aliran  air  sungai sebagai  Pembangkit  Listrik  Tenaga  Pikohidro  (  PLTPH  ) untuk  memenuhi  kebutuhan  energy  listrik  di  daerah-daerah pelosok  dan  terpencil.  Perancangan  prototype  PLTPH  ini bertujuan  untuk  menganalisa  tegangan  output  yang dibangkitkan  generator  yang  di  pengaruhi  oleh  debit  aliran air pada sistem tersebut yang telah dilengkapi dengan sensor monitoring  arus,  tegangan,  rpm  serta  debit  air  yang kemudian  hasilnya  dapat  dilihat  secara  real  time  melalui layar  LCD. Dalam  pengujian ini pula  diketahui  bahwa  debit air  mempengaruhi  tegangan  output  yang  dihasilkan generator,  semakin  besar  debit  air  maka  tegangan  output yang dihasilkan juga semakin besar.
Kata Kunci : Listrik, Sensor, Energi, Pikohidro

## I. PENDAHULUAN
Energi  listrik  merupakan  energi  yang  sangat  vital  dan berperan  penting  dalam  perkembangan  teknologi  manusia. Hampir seluruh perangkat yang ada didunia ini menggunakan energi  listrik  sebagai  sumber  tenaganya.  Salah  satu  sumber penghasil  energi  listrik  yang  umum  digunakan  adalah pembangkit  listrik  tenaga  air  (  PLTA  ).  PLTA  merupakan suatu pembangkit listrik tenaga air yang menggunakan media tenaga  air.  Dalam  hal  ini  secara  umum  PLTA  merupakan mesin  konversi  energi  yang  terdiri  dari  dam  (bendungan), reservoir,  penstock  (pipa  pesat),  turbin,  drat  tube,  power house  dan  electricity  terminal  [1].  Dalam  sebuah  sistem PLTA  turbin  merupakan  suatu  perangkat  utama  selain generator.  Sistem  operasi  kerjanya  adalah  dengan  cara memanfaatkan  arus  dari  aliran  air  sungai,  yang  setelahnya ditampung  pada  sebuah  dam  (bendungan),  dan  kemudian  air dialirkan  dalam    sebuah  rangkaian  pipa  supaya  energi  dari potensial  air  dapat  diubah  menjadi  energi  kinetik,  sehingga pada  akhirnya  akan  diubah  kembali  menjadi  energi  mekanis untuk  menggerakkan  dan  memutar  turbin,  hal  tersebut menyebabkan  generator  yang  terhubung  dengan  turbin  dapat berputar,  maka  dengan  proses  yang  terjadi  tersebut  induksi elektromagnetik yang menghasilkan energi listrik [2], [3].
Negara Indonesia termasuk negara yang memiliki potensi energi  air  yang  cukup  besar  sekitar  75.650  MW,  6  % diantaranya  telah  dikembangkan  dalam  berbagai  bentuk penelitian  terutama  pada  lokasi  yang  berada  diluar  wilayah pulau  Jawa  dan  Bali  berupa  pemanfaatan  aliran  air  sungai sebagai  Pembangkit  Listrik  Tenaga  pikohidro  (  PLTPH  ) untuk  memenuhi  kebutuhan  energy  listrik  di  daerah-daerah pelosok dan terpencil yang belum terjangkau sepenuhnya oleh Perusahaan  Listrik  Negara  .  Pembangkit  Listrik  Tenaga  Piko Hidro  adalah  pembangkit  yang  diklasifikasikan  sebagai pembangkit  listrik  bersekala  kecil  dengan  menghasilkan energi  listrik  kurang  dari  5  kW  [4]–[6].  Prinsip  kerja  pada PLTA  skala  pikohidro  adalah  dengan  memanfaatkan  beda ketinggian dan jumlah debit air per detik yang ada pada aliran sungai,  kemudian  aliran  air  nantinya  akan  menggerakkan sudu-sudu  turbin,  lalu  turbin  mentransmisikan  putaran  ke generator  dan  generator  menghasilkan  listrik  [7].  PLTPH memiliki  tiga  komponen  inti  yaitu  energi  air  sebagai  energi penggerak  mula,  turbin  sebagai  alat  konversi  energi  dan
e-ISSN : 2715-5064
generator  sebagai  perangkat  yang  digunakan  untuk  sistem konversi dari energi mekanik menjadi energi listrik [8].

## II. PENELITIAN YANG TERKAIT
Terdapat  beberapa  kajian  literature  yang  terkait  dengan penelitian yang telah dilakukan, diantaranya :
1. Berdasarkan penelitian yang dilakukan oleh Ibrahim,
Dirja  dan  Naubnome  (2020),  dalam  penelitiannya yang  berjudul  “rancang    bangun  prototipe pembangkit  listrik  tenaga  piko  hidro  sebagai  listrik penerangan” memaparkan bahwa pengujian prototipe  (PLTPH)  pembangkit  listrik  tenaga  piko hidro,  mendapatkan  hasil  uji  terbesar  daya  keluaran generator adalah, pada bukaan katub 100 %, dengan pressure  1,25  psi,  debit  0,0017  m3/s,  head  1,6  m, didapatkan  tegangan  90  volt  AC  dan  hasil  terkecil daya  keluaran  generator  adalah  pada  bukaan  katup aliran  55  %  dengan  pressure  0,4  psi,  debit  0,0010, head  1,6  m,  didapatkan  tegangan  50  Volt  AC. Pengjian dengan bukaan katup 100 % dihasilkan 979 Rpm Generator, Volt 90 pada saat tanpa beban, serta 957 Rpm Generator, Volt 60 dan Arus 0,13 A ketika diberikan beban 4 buah lampu LED (3 watt) AC.
2. Kemudian pada [9] penelitian berfokus pada rancang bangun prototipe pembangkit listrik tenaga picohydro  memanfaatkan  sebuah  turbin  impuls  dan menggunakan  2  unit  pompa  yang  berfungsi  sebagai penghisap  dan  pendorong.  Dari  penelitian  tersebut diperoleh kesimpulan bahwa tegangan yang dihasilkan  dengan  menggunakan  1  nozzle  164  volt jika  menggunakan  2  nozzle  tegangan  yang didapatkan  berkurang  menjadi  116  volt  karena nozzle  yang  digunakaan  diameternya  cukup  besar sehingga tekanan air berkurang.

## III. PERANCANGAN SISTEM
Pada  tahapan  ini  dilakukan  rancang  bangun prototype  sistem  pembangkit  listrik  tenaga pikohidro yang dilengkapi sensor monitoring arus, tegangan,  rpm  dan  debit  air  berbasis  arduino  uno dengan  tujuan  untuk  menganalisa  tegangan  output  yang dibangkitkan generator yang dipengaruhi oleh debit aliran air pada  system  dan  hasilnya  dapat  dilihat  secara  real  time
melalui layar LCD [10].
Gambar 1. Skema kerja system
Tahapan  perancangan  sistem  digambarkan  dalam  bentuk diagram alir (flowchart) sebagai berikut :

## Gambar 2. Flowchart tahapan perancangan
Wiring  diagram  atau  diagram  pengawatan  dibuat  untuk mempermudah  proses  perakitan  suatu  komponen  atau  alat guna  untuk  meminimalisir  kegagalan  atau  kesalahan pemasangan  pada  proses  pengerjaan  alat  yang  akan  dibuat. Adapun  wiring  diagram  yang  dibuat  dapat  dilihat  pada
gambar 3 berikut.
Gambar 3. Skema wiring sistem
Rangkaian  pengawatan  sensor  water  flow  dibuat  untuk mempermudah  proses  pemasangan  alat  sehingga  alat  yang digunakan  bisa  bekerja  dengan  baik  sesuai  dengan  yang diharapkan seperti yang ditunjukkan pada gambar 4.
*) penulis korespondensi : Givy Devira Ramady
Email: givy.d.ramady@gmail.com
e-ISSN : 2715-5064

## Gambar 4. Wiring Arduino dengan Modul Sensor Water Flow
Pada  gambar  5  menunjukkan  rangkaian  skematik  sensor arus ACS712. Hasil pembacaan dari modul sensor arus perlu disesuaikan kembali dengan pembacaan nilai arus sebenarnya yang dihasilkan.
Gambar 5. Skematik Sensor Arus ACS712
Mengkoneksikan modul sensor ACS712 dengan mikrokontroler  arduino  secara  seri,  dimana  pin  tegangan  5V Arduino  dihubungkan  ke  pin  Vcc  sensor  arus  ACS712 menggunakan kabel merah sedangkan kabel biru menghubungkan  pin    ground  Arduino  dengan  pin  GND sensor  arus  ACS712  dan  Analog  Read  1  (A1)  Arduino dihubungkan  kepada  pin  sinyal  output  sensor  arus  ACS712 seperti terlihat pada gambar 6.
Gambar 6. Rangkaian Koneksi Arduino dengan Modul Sensor Arus ACS712
Modul  sensor  tegangan  yang  telah  terkoneksi  dengan Arduino dirangkai secara paralel dengan beban menggunakan kabel  warna  merah  untuk  dihubungkan  ke  sumber  tegangan
5V,  ground  (GND)  dihubungkan  menggunakan  kabel  hitam dan  Analog  Read  0  (A0)  pada  Arduino  terhubung  melalui kabel warna hijau seperti yang terlihat pada gambar 7.
Gambar 7. Rangkaian Koneksi Arduino dengan Modul Sensor Tegangan
Tahap  perancangan  alat  merupakan  tahap  realisasi terhadap  desain  skema  rancangan  alat  serta  implementasi material-material pendukung yang akan digunakan sebagaimana  perencanaan  diawal.  Perancangan  terbagi kedalam  2  tahapan  yaitu  perancangan  perangkat  keras  dan perancangan  perangkat  lunak.  Integrasi  dari  kedua  tahapan tersebut  dilakukan  menggunakan  downloader  melalui software Arduino IDE.
Pembuatan  alat  ini  didukung  oleh  beberapa  sub-sistem yaitu  pompa  air,  sensor  water  flow,  turbin  ,  pully,  v  belt, generator,  sensor  rpm,  sensor  arus,  sensor  tegangan, mikrokontroler  Arduino  Uno.  Untuk  antarmuka  keluaran (interface) menggunakan LCD (Licuid Cristal Display) untuk monitoring arus, tegangan, rpm dan debit air.

## Gambar 8. Realisasi perangkat
Prinsip kerja alat ini adalah dengan memanfaatkan energi air sebagai penggerak mulanya. Yang di mana air yang berada dalam  wadah  di  pompa  menggunakan  pompa  air  mini melewati  katub air  dan  sensor  water  flow  sebelum  mengenai sudu-sudu turbin [11]. Dikarenakan adanya gaya dorong dari air  yang  mengenai  sudu  turbin  tersebut  maka  turbin  akan berputar atau bergerak sesuai dengan deras dan debit air yang mengenai  sudu.  Kemudian  putaran  pada  turbin  di
e-ISSN : 2715-5064
transmisikan  ke  generator  dengan  menggunakan  pully  pada poros  tubin  dan  poros  generator  yang  di  hubungkan  dengan menggunakan  v-belt.  Karena  adanya  putaran  pada  poros generator  akan  memotong  garis-garis  gaya  magnet  di  dalam generator sehingga timbullah GGL (Gaya Gerak Listrik) pada generator  tersebut.  Besarnya  tegangan  yang  di  hasilkan generator  tergantung  dari  besarnya  energi  putar  yang  di hasilkan  oleh  turbin  memingat  generator  yang  di  gunakan adalah  generator  DC  magnet  permanen  [12]–[14],  jadi  yang mempengaruhi  tegangan  output  adalah  putaran.  Tegangan output  yang  di  hasilkan  oleh  generator  kemudian  di  kontrol atau  di  monitor  dengan  menggunakan  mikrokontroler Arduino sebelum nantinya dihubungkan dengan beban [12].

## IV. HASIL DAN PEMBAHASAN
Pengujian  yang  dilakukan  meliputi  pengambilan  data primer  yang  berhubungan  dengan  parameter-parameter  atau spesifikasi alat serta membandingkan antara hasil pengukuran dengan debit air yang berbeda.

## TABEL I PENGUKURAN TEGANGAN
No Bukaan Katup Debit Air (L/S) Putaran (rpm) Tegangan (Volt) 1 55 % 0,4 586 6 2 75 % 0,6 679 9 3 85 % 0,9 1084 12 4 100 % 1,25 1306 17
Gambar 9. Grafik Perbandingan debit air terhadap rpm
Dari  hasil    pengukuran  pada  table  1  ,  diketahui  debit  air (L/s)  dapat  mempengaruhi  putaran  generator.  Semakin  besar debit  air  (L/s)  semakin  besar  juga  putaran  generator    yang dihasilkan,  pada  diagram  tersebut,  putaran  generator terendah,  dengan  debit  air  0,4  L/s  yaitu  menghasilkan  586 rpm,  dan  putaran  tertinggi  dengan  debit  air  1,25  L/s  yaitu menghasilkan 1306 rpm.

## Gambar 10. Grafik perbandingan putaran terhadap tegangan
Dari  hasil  diagram  grafik  perbandingan  putaran  terhadap tegangan  diketahui  putaran  generator  dapat  mempengaruhi voltase (v). Semakin besar putaran semakin besar juga voltase (v)  yang  dihasilkan,  pada  diagram  tersebut  voltase  (v) terendah dengan putaran generator 586 rpm  yaitu  6  Volt  dan voltase tertinggi dengan putaran generator 1306 rpm yaitu 17 Volt.

## TABEL II PENGUKURAN DAYA OUTPUT
Gambar 11. Grafik perbandingan putaran terhadap daya
Dari  hasil  diagram  perbandingan  putaran  terhadap  daya diketahui bahwa putaran dapat mempengaruhi daya generator, semakin  besar  putaran,  semakin  besar  juga  daya  generator. Daya  generator  yang  dihasilkan  pada  diagram  tersebut diperlihatkan  daya  terendah  didapat dengan  putaran  586 rpm yaitu,  menghasilkan  3  watt,  dan  daya  generator  tertinggi dengan putaran 1306 rpm yaitu, menghasilkan 22 watt.
e-ISSN : 2715-5064

## Gambar 12. Grafik perbandingan debit Air terhadap daya
Dari  hasil  diagram  diatas  diketahui  bahwa  debit  air mempengaruhi  daya  generator,  semakin  besar debit air maka semakin  besar  juga  daya  generator  yang  dihasilkan.  Daya generator pada diagram tersebut, diperlihatkan daya terendah dengan  debit  0,4  L/s  yaitu  menghasilkan  3  watt,  dan  daya tertinggi dengan debit 1,25 L/s yaitu menghasilkan 22 watt.

## TABEL III PENGUKURAN BERBEBAN
Gambar 13. Grafik Perbandigan debit air terhadap putaran
Dari hasil  diagram  di atas, diketahui  debit  air  (L/s)  dapat mempengaruhi  putaran  generator.  Semakin  besar  debit  air (L/s)  semakin  besar  juga  putaran  generator   yang dihasilkan, pada  diagram  tersebut,  putaran  generator    terendah,  dengan debit  air  0,4  L/s  yaitu  menghasilkan  550  rpm,  dan  putaran tertinggi  dengan  debit  air  1,25  L/s  yaitu  menghasilkan  1183 rpm.

## Gambar 14. Grafik perbandingan putaran terhadap tegangan
Dari  hasil  diagram  di  atas  diketahui  putaran  generator dapat  mempengaruhi  voltase  (v).  Semakin  besar  putaran semakin besar juga voltase (v) yang dihasilkan, pada diagram tersebut  voltase  (v)  terendah  dengan  putaran  generator  550 rpm  yaitu  5  Volt  dan  voltase  tertinggi  dengan  putaran generator 1183 rpm yaitu 16 Volt.

## V. KESIMPULAN
Berdasarkan  hasil  pengujian  yang  telah  dilakukan,  dapat diambil beberapa kesimpulan sebagai berikut :
1. Debit  air  mempengaruhi  tegangan  output  yang dihasilkan  generator,  semakin  besar  debit  air  maka tegangan output yang dihasilkan juga semakin besar.
2. Dari  Hasil  pengujian  diperoleh  tegangan  terbesar yaitu    17  volt  didapatkan  saat  debit  air    1,25  L/s dengan  daya  output  22  watt  dan  arus  sebesar  1,33 ampere.
3. Pengujian  dengan  bukaan  katub  aliran  100  % menghasilkan  putaran  sebesar  1306  rpm  generator, dengan  tegangan  output  sebesar  17  volt  pada  saat tanpa  beban,  serta  menghasilkan  putaran  1183  rpm, dengan  tegangan  output  sebesar  16  volt  ketika diberikan beban lampu LED 5 watt.

## DAFTAR PUSTAKA
[1] H. P. Dewanto, D. A. Himawanto, and S. I. Cahyono, “Pembuatan dan  pengujian  turbin  propeller  dalam  pengembangan  teknologi pembangkit listrik tenaga air piko hidro (PLTA-PH) dengan variasi debit  aliran,” J.  Tek.  Mesin  Indones. ,  vol.  12,  no.  2,  pp.  54–62,
2018.
[2] Y. Liklikwati, Syafruddin, G. D. Ramady, N. S. Lestari, H. YS, and R.  Hidayat,  “Electrical  Energy  Alternative  of  Magnetic  Field Around Wire of Power Line,” J. Phys. Conf. Ser. , vol. 1764, no. 1, p. 12159, 2021, doi: 10.1088/1742-6596/1764/1/012159.
[3] Y. Liklikwatil, H.  Setiawan, R.  Syafruddin, R. Hidayat, and G. D. Ramady, “Turbin  Magnet Permanen Sebagai  Penggerak  Alternatif Generator  Yang  Bebas  Energi,” J.  Online  Sekol.  Tinggi  Teknol. Mandala , vol. 14, no. 1, pp. 72–82, 2019.
[4] F.  Azis,  S. Mustafa,  A.  M. I. Munsyir,  M.  Mahdura, and S. Lutfi, “Rancang  Bangun Prototipe  Pembangkit Listrik Tenaga Picohydro Menggunakan  Turbin  Impuls,” J.  Electr.  Eng. ,  vol.  2,  no.  1,  pp. 65–71, 2021.
[5] M.  Akbar,  “Pengendalian  Pembangkit  Listrik  Hybrid  Renewable
Energy (Surya, Bayu Dan Picohidro) Menggunakan
Mikrokontroler ATMega2560.” Universitas Hasanuddin, 2020.
[6]
A.  H.  Pangandaran,  “Rancang  Bangun  Generator  Dc  24  Volt  250
Watt  Untuk  Pembangkit  Listrik  Picohidro  Berbasis  Arduino  Uno R3.” .
e-ISSN : 2715-5064
[7] W.  N.  Firdausy,  T.  Utomo,  and  R.  N.  Hasanah,  “Analisis  Modul Pembangkit Listrik Tenaga  Pikohidro Portabel  Berkapasitas 1 kW Dengan  Menggunakan  Turbin  Air,” J.  Mhs.  TEUB ,  vol.  4,  no.  1, 2016.
[8] A. Suryadi, P. T. Asmoro, and A. Solihin, “Hybrid Electric Power Plant  Using  Wind  Turbine  Savonius  Helix  and  Solar  Cell  as  an Alternative  Power  Source  in  the  Lightning  Tower  at  Flashing Lights,” ADI J. Recent Innov. , vol. 1, no. 1, pp. 1–6, 2019.
[9] N. R. Prasetyo, “perencanaan pembangkit listrik tenaga picohidro.” Politeknik negeri sriwijaya, 2017.
[10] G.  D.  Ramady,  N.  S.  Lestari,  H.  Fadriani,  R.  Sufyani,  A.  G. Mahardika,  and  R.  Hidayat,  “Development  of  a  Cooling  System Simulation  Model  using  Thermoelectric  Peltier  based  on Microcontroller,”  in Journal  of  Physics:  Conference  Series ,  2021, vol. 1933, no. 1, p. 12088.
[11] T.  M.  Syahputra,  “Rancang  Bangun  Prototipe  Pembangkit  Listrik Tenaga  Piko  Hydro  Dengan  Menggunakan  Turbin  Ulir,” ETD
Unsyiah , 2017.
[12] R.  Syafruddin,  N.  S.  Lestari,  S.  Afiyah,  R.  Hidayat,  and  A.  G. Mahardika, “Conventional Switching to Drive A Brush DC Geared Servomotor,” in Journal of Physics: Conference Series , 2021, vol. 1933, no. 1, p. 12086.
[13] D.  Dewatama,  M.  Fauziah,  and  H.  K.  Safitri,  “Kendali  Dc-Dc Converter Pada Portable Pico-Hydro Menggunakan Pid Kontroller,” J. ELTEK , vol. 16, no. 2, pp. 113–124, 2018.
[14] R.  Syafruddin,  Y.  Lilikwatil,  R.  Hidayat,  N.  S.  Lestari,  A.  G. Mahardika,  and  D.  G.  Ramady,  “Brush  DC  Geared  Servomotor Control  with  Microcontroller,”  in Journal  of  Physics:  Conference Series , 2021, vol. 1933, no. 1, p. 12085.